李 芊， 唐蓓蕾， 李賀龍

(西安建筑科技大學(xué) 管理學(xué)院， 陜西 西安 710055)

光伏建筑外部性量化分析

李 芊， 唐蓓蕾， 李賀龍

(西安建筑科技大學(xué) 管理學(xué)院， 陜西 西安 710055)

由于外部性的存在，導(dǎo)致光伏建筑的發(fā)展受到制約，亟待政府制定相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)激勵政策推動其發(fā)展。文章以此為出發(fā)點先論述了光伏建筑的概念，又針對光伏建筑所存在的外部性問題，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)理論解釋外部性的概念，并在此基礎(chǔ)上闡述了光伏建筑具有正的外部性，研究了光伏建筑外部性表現(xiàn)形式，建立了光伏建筑外部性量化模型，并運(yùn)用該模型對光伏建筑進(jìn)行量化分析。研究表明光伏建筑具有很強(qiáng)的正外部性特征，需要實施一定的經(jīng)濟(jì)激勵政策使外部性內(nèi)部化，明確指出了光伏建筑經(jīng)濟(jì)激勵政策需要達(dá)到的具體支持力度。本文研究成果為制定相關(guān)經(jīng)濟(jì)激勵政策提供了必要依據(jù)。

光伏建筑； 外部性理論； 外部性量化； 經(jīng)濟(jì)激勵政策

能源是社會發(fā)展的源動力。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，我國能源需求持續(xù)增長，生態(tài)環(huán)境問題突出，加快開發(fā)利用可再生能源已成為我國應(yīng)對日益嚴(yán)峻的能源環(huán)境問題的必由之路。在眾多可再生能源當(dāng)中，太陽能以清潔無污染、長久廣泛等優(yōu)點引起關(guān)注，但是光伏發(fā)電的高成本一直制約著該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而光伏與建筑的完美結(jié)合很大程度上降低了光伏發(fā)電成本，為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了新的方向。我國的太陽能資源相當(dāng)豐富，根據(jù)國家氣象局?jǐn)?shù)據(jù)顯示我國絕大多數(shù)地區(qū)的太陽能輻射總量在4000 MJ/m2以上，在同緯度的國家中屬于太陽能資源最為豐富的國家之一，再則我國擁有大量閑置的建筑外表面積，因此光伏建筑在我國具有良好的發(fā)展基礎(chǔ)。然而我國光伏建筑的發(fā)展并不理想，2015年我國光伏建筑安裝占光伏市場的13%，而美國的光伏建筑安裝容量卻占美國市場總量的29%，因此我國需要對光伏建筑進(jìn)行深入研究，以推動光伏建筑的發(fā)展。本文正是基于此對光伏建筑的外部性進(jìn)行研究，為制定光伏建筑經(jīng)濟(jì)激勵政策提供依據(jù)。

1 光伏建筑及其發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h2>

光伏建筑一體化最早是由世界能源組織于1986年提出的，即BIPV(Building Integrated Photovoltaic)，是太陽能發(fā)電的一種新概念。根據(jù)結(jié)合方式的不同，光伏建筑可分為兩大類：一類是將光伏產(chǎn)品集成在建筑物外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，與建筑物同時設(shè)計、同時施工、同時安裝并與建筑完美結(jié)合，使它既作為建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，又具有發(fā)電功能；另一類是將光伏方陣依附在建筑物表面，主要起發(fā)電作用。為將兩者區(qū)別開來，中國可再生能源學(xué)會光伏專委會建議：用BMPV(Building Mounted Photovoltaic)代替原有的BIPV的廣義含義，將第一種形式稱為BIPV，第二種形式稱為BAPV(Building Attached Photovoltaic)[1]。

據(jù)《2013-2017年中國光伏建筑一體化(BIPV)行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》預(yù)計到2020年，全國將建成2萬個屋頂光伏發(fā)電項目，總?cè)萘?00萬kW[2]。2012年《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出到2015年太陽能發(fā)電裝機(jī)達(dá)到2100萬kW。到2020年，太陽能發(fā)電裝機(jī)達(dá)到5000萬kW[3]。由此可見光伏建筑必將具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場潛力。但是根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示：截止到2015年底，我國累計光伏裝機(jī)容量達(dá)到4318萬kW，其中光伏電站3712萬kW，光伏建筑606萬kW；2015年新增光伏裝機(jī)容量1513萬kW，其中光伏建筑208萬kW，僅占13%。由此可見我國的光伏建筑發(fā)展還不盡人意，急需國家制定政策給予扶持。而光伏建筑由于使用清潔能源，具有正的外部性，因此在制定政策時需要對其外部性進(jìn)行分析。

2 光伏建筑外部性分析

2.1 外部性定義

外部性的概念最早是由馬歇爾(Alfred Marshall)在1890年提出的。并由他的學(xué)生庇古(Arthur Pigou)對其進(jìn)行豐富和完善，并對“外部經(jīng)濟(jì)”和“外部不經(jīng)濟(jì)”做出了區(qū)分。所謂外部性是指經(jīng)濟(jì)主體的經(jīng)濟(jì)活動對他人和社會產(chǎn)生了一種外部影響，而這種影響帶來的收益和損失又不由經(jīng)濟(jì)主體通過市場以價格為基礎(chǔ)進(jìn)行交易，即經(jīng)濟(jì)主體從事經(jīng)濟(jì)活動時其成本與收益不完全由該主體所承擔(dān)。

根據(jù)定義可將外部性分為外部經(jīng)濟(jì)和外部不經(jīng)濟(jì)。外部經(jīng)濟(jì)是某個經(jīng)濟(jì)主體的活動使他人或社會受益，而受益者無須花費(fèi)代價，如圖1所示。外部不經(jīng)濟(jì)是經(jīng)濟(jì)主體的活動使他人或社會受損，而造成負(fù)外部性的經(jīng)濟(jì)主體卻沒有為此承擔(dān)成本，如圖2所示。

圖1 外部經(jīng)濟(jì)

圖2 外部不經(jīng)濟(jì)

圖中，SS為供給曲線；DD為需求曲線；Q為產(chǎn)量；P為價格；MSB為邊際社會收益；MPB為邊際私人收益；MSC為邊際社會成本；MPC為邊際私人成本；Q1為實際均衡點產(chǎn)量；Q2為最適均衡點產(chǎn)量；P1、P2為Q1、Q2相對應(yīng)的價格?？梢?，外部性的存在造成社會脫離最有效的生產(chǎn)狀態(tài)，使市場經(jīng)濟(jì)體制不能很好地實現(xiàn)其優(yōu)化資源配置的基本功能[4]。因此需要實施一定的手段使其內(nèi)部化，需要對外部性大小進(jìn)行分析。

2.2 光伏建筑的外部性

光伏建筑除了給經(jīng)濟(jì)主體帶來一定的效用(產(chǎn)生電力)外，還在光伏建筑使用中產(chǎn)生良好的外部效益，具體表現(xiàn)為以下三個方面：

(1) 開源。光伏建筑使用了太陽能，光伏建筑發(fā)電除了可以供給“自身使用”外，多余的電量還可以進(jìn)入國家電網(wǎng)，供給其他人使用，大力發(fā)展以光伏發(fā)電為代表的可再生能源，可以逐步實現(xiàn)對傳統(tǒng)電力的替代，能夠改善能源消耗結(jié)構(gòu)，從源頭上尋找到緩解能源危機(jī)的途徑。

(2)節(jié)流?；鹆Πl(fā)電所需重要資源為煤炭和水，光伏建筑發(fā)電可以減少火電的使用量，因此光伏建筑相當(dāng)于節(jié)約了火電所需的煤炭和水量，有利于控制化石類能源的消耗，節(jié)約水資源。此外光伏與建筑結(jié)合不需另行建設(shè)發(fā)電站，也有利于充分利用土地資源。

(3)減排。太陽能是綠色、清潔能源，可以減少二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和粉塵等污染物的排放，具有一定的環(huán)境效益。但是社會并不會向光伏建筑的經(jīng)濟(jì)主體支付報酬，這就使光伏建筑社會受益大于個人收益，因此光伏建筑具有正的外部效益。

2.3 分析光伏建筑外部性的意義

國家能源局發(fā)布的《2015年光伏發(fā)電建設(shè)實施方案》國能新能(2015)73號文件下達(dá)了2015年全國新增光伏發(fā)電建設(shè)規(guī)模1780萬kW的目標(biāo)，去年該指標(biāo)為1400萬kW，實際完成1000萬kW。國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2015年上半年，全國新增光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到773萬kW，僅完成全年目標(biāo)1780萬千瓦的43%，以目前進(jìn)度來看，想要完成全年目標(biāo)難度很大。因此需要制定政策加以扶持。

光伏建筑的發(fā)展需要大量的資金投入，如何引進(jìn)社會資金成為焦點問題。開發(fā)商投資光伏建筑必然要增加初始成本，成本的增加將使開發(fā)商的風(fēng)險加大，而且光伏建筑的收益是一個漫長的過程，較長的投資回收期很難對開發(fā)商產(chǎn)生吸引力，因此選擇光伏建筑很難成為開發(fā)商的自發(fā)行為。再則光伏建筑存在一定的外部性，容易導(dǎo)致市場失靈，所以只有制定出有效的政策才能促進(jìn)光伏建筑的快速發(fā)展。但是政府在制定經(jīng)濟(jì)激勵政策時缺乏理論依據(jù)，系統(tǒng)分析光伏建筑的外部性以及外部性量化是破解這一難題的關(guān)鍵。

3 光伏建筑外部性量化模型

3.1 基本公式

解決外部性的基本思路是讓外部性內(nèi)部化，即通過制度將經(jīng)濟(jì)主體的經(jīng)濟(jì)活動所形成的外部收益或外部成本，轉(zhuǎn)化為私人收益和私人成本[5]。由此可見，讓外部性內(nèi)部化需要知道具體的外部收益、外部成本是多少，這就涉及到外部性量化問題。要將外部性量化是很困難的，一些經(jīng)濟(jì)學(xué)家探索的一種有效途徑是借助一些數(shù)學(xué)模型，使私人成本CP與社會成本CS、私人效益BP與社會效益BS具體化，根據(jù)私人成本CP與社會成本CS或私人效益BP與社會效益BS的差異估算外部性的大小。這兩者的差異越大，表明外部性越大。即式(1)和式(2)。

E=BE=BS-BP

(1)

E=CE=CS-CP

(2)

式中：E為外部性大??；BE為外部收益；CE為外部成本。

由此可確定計算光伏建筑外部性的公式為：

E=BS-BP

其中社會效益BS包括光伏建筑發(fā)電效益E1，節(jié)能效益(減少煤炭使用效益)E2，減排效益(減少二氧化碳、二氧化硫、粉塵等污染物效益)E3；私人效益BP為光伏建筑發(fā)電效益E1。因此計算公式為式(3)。

E=(E1+E2+E3)-E1=E2+E3

(3)

3.2 計算節(jié)能效益E2

節(jié)能效益的計算思路為：先計算光伏建筑發(fā)電量，根據(jù)發(fā)電量逆推火力發(fā)電需要多少煤炭和水，再計算出光伏建筑節(jié)能效益。預(yù)計光伏建筑年均發(fā)電量為Q1，光伏建筑設(shè)計使用年限為T年，則可估算出光伏建筑總發(fā)電量Q為式(4)

Q=Q1×T

(4)

據(jù)中國電力新聞網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示：2013年火電供電煤耗降至321 g/kWh[6]。2000年以來，我國火電行業(yè)單位發(fā)電量的耗水量從2000年的4.03 kg/kWh，下降到2008年的2.78 kg/kWh[7]。這里取值火電供電煤耗A1=321 g/kWh，單位發(fā)電耗水量A2=2.78 kg/kWh，因此可以計算出光伏建筑發(fā)電可節(jié)約煤炭量M1和水量M2，見式(5)、(6)：

M1=A1×Q

(5)

M2=A2×Q

(6)

綜上所述，節(jié)能效益E2為式(7)：

E2=Em+Es=Pm×M1+Ps×M2=(Pm×A1+Ps×A2)×Q

(7)

式中：Pm為單位標(biāo)準(zhǔn)煤炭價格；Ps為單位水價格；Em為節(jié)約煤炭效益；Es為節(jié)約水效益。

3.3 計算減排效益E3

光伏建筑減排效益主要表現(xiàn)在減少火力發(fā)電排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉塵等污染物等方面，它的大小等價于治理這些污染物所需費(fèi)用。假設(shè)火力發(fā)電二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉塵的排放績效值分別為Gi(i=1,2,3,4),對應(yīng)的費(fèi)用是Pi(i=1,2,3,4)。則減排效益計算公式為：

(8)

4 案例分析

所選案例為2013年竣工的上汽集團(tuán)50 MW金太陽示范工程。該工程設(shè)計使用壽命為25年，50 MW裝機(jī)容量?？偣怖瞄e置屋頂及停車場面積約70萬m2[8]。

4.1 項目節(jié)能效益計算

在上海地區(qū)平均每1 W裝機(jī)容量每年可以發(fā)電將近1 kWh[9],。據(jù)調(diào)查，上海市煤炭價格在500～700元/t之間，工業(yè)用水價格為1.3元/m3。取值為煤炭價格600元/t，工業(yè)用水1.3元/t。根據(jù)3.2節(jié)中公式可估算出該項目節(jié)能效益為24526.75萬元。計算如下：

Q=50×106×1×25=12.5億 kWh

M1=321×12.5×108=401250 t

M2=2.78×12.5×108=3475000 t

E2=(600×401250+3475000×1.3)÷104=24526.7萬元

4.2 項目減排效益計算

根據(jù)環(huán)境保護(hù)部與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的GB 13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》以及參考文獻(xiàn)[10,11]，推算出上海地區(qū)火電排放績效值分別為：CO2為840 g/kWh，SO2為0.5 g/kWh，NOx為0.7 g/kWh，粉塵為0.08 g/kWh。相對應(yīng)的排放費(fèi)用如下：

(1) 根據(jù)上海環(huán)境能源交易所消息顯示：2015年6月碳排放交易均價約為21元/t左右。因此假定在該項目中CO2排放費(fèi)用為25元/t；

(2) 根據(jù)2014年國家發(fā)展改革委、財政部、環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合發(fā)布的發(fā)改價格[2014]2008號文件《關(guān)于調(diào)整排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)問題的通知》顯示：2015年6月底前，各省(區(qū)、市)價格、財政和環(huán)保部門要將廢氣中的SO2和NOx排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整至不低于每污染當(dāng)量1.2元/kg。因此假定在該項目中SO2、NOx排放費(fèi)用均為1200元/t，而SO2、NOx的當(dāng)量值為0.95；

(3) 根據(jù)2003年頒布的《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》規(guī)定：塵煙的排污費(fèi)用為2.18元/kg。因此假定在該項目中塵煙排放費(fèi)用為2500元/t。

根據(jù)3.3節(jié)中的公式計算出該項目減排效益為：

E3=(25×840+1200×0.5÷0.95+1200×0.7÷0.95+2500×0.08)÷106×12.5×108÷104=2840 萬元

4.3 結(jié)果分析

根據(jù)式(4)計算出該項目外部性為：

E=24526.75+2840=27366.75萬元

由此可以看出光伏建筑具有很強(qiáng)的正外部性，該外部收益并沒有使開發(fā)商獲利，嚴(yán)重影響其積極性，不利于光伏建筑的發(fā)展。因此需要政府通過財政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、上網(wǎng)電價等激勵政策將光伏建筑所形成的社會收益轉(zhuǎn)化為開發(fā)商的私人收益，從而調(diào)動開發(fā)商的積極性，其基本原理如圖3所示。

圖3 稅收使正外部性內(nèi)部化

圖中MC為成本曲線。由于光伏建筑項目具有正的外部性，此時經(jīng)濟(jì)活動的邊際社會收益MSB就等于邊際私人收益MPB加上外部性收益，即MSB=MPB+E。圖3中MPB曲線與PSB曲線豎直方向的差距(a、b間距離)就能表示外部性的大小E。由于正外部性的存在導(dǎo)致光伏建筑的實際均衡產(chǎn)量Q1小于社會最優(yōu)產(chǎn)量Q2。此時若對項目進(jìn)行補(bǔ)貼并且力度大小為E時，就能使成本曲線變?yōu)镸C′，則MC′與MPB的交點橫坐標(biāo)就與社會最優(yōu)產(chǎn)量相等，表示資源配資達(dá)到社會最優(yōu)狀態(tài)，就能刺激更多的開發(fā)商投入到光伏建筑當(dāng)中。

而且隨著我國能源和環(huán)境問題的加重，國家對污染物排放征收的排污費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)將會越來越高，再伴隨著光伏技術(shù)的發(fā)展光伏發(fā)電效率提升，導(dǎo)致光伏建筑的外部性越來越大。因此本文得出以下啟示：光伏建筑具有很強(qiáng)的外部性，而且其大小會隨著環(huán)境和能源等問題的加重而不斷變大，需要政府制定政策加以扶持。而外部性的大小是政府制定光伏建筑經(jīng)濟(jì)激勵政策的重要依據(jù)，所以政府需要根據(jù)光伏建筑的市場變化以及外部性的大小隨時對經(jīng)濟(jì)激勵政策進(jìn)行修改和完善。如本案例就需要各種政策的扶持力度達(dá)到或者超過2.7億元，使光伏建筑產(chǎn)生的外部性完全內(nèi)部化，使社會資源配置達(dá)到最優(yōu)水平。

5 結(jié) 語

運(yùn)用外部性理論對光伏建筑進(jìn)行研究，建立光伏建筑外部性量化公式并結(jié)合實例分析表明，光伏建筑具有顯著的外部性，僅依靠市場機(jī)制自發(fā)調(diào)節(jié)并不能有效地推進(jìn)其發(fā)展，需要政府給予一定的政策支持，而且政策的扶持力度應(yīng)當(dāng)達(dá)到或超過光伏建筑產(chǎn)生的外部性大小。目前促進(jìn)光伏建筑的的政策和法規(guī)體系還不夠完善，特別是缺乏對光伏建筑的經(jīng)濟(jì)激勵政策和財政支持。研究光伏建筑的外部性是制定光伏建筑經(jīng)濟(jì)激勵政策的理論依據(jù)，對推動我國光伏建筑的進(jìn)展，提高新能源利用率，緩解資源約束帶來的壓力，具有重大的理論和實踐意義。

[1] 劉 馨. 趙玉文：實施“上網(wǎng)電價法”是推動太陽能光伏建筑一體化應(yīng)用的關(guān)鍵所在[J]. 新材料產(chǎn)業(yè), 2010, (2): 10-11.

[2] 2013-2017年中國光伏建筑一體化(BIPV)行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告[R]. 北京: 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院, 2014.

[3] 中國國家發(fā)展和改革委員會. 可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃[J]. 太陽能, 2012, (16): 6-19.

[4] 張云華, 汪 霞. 生態(tài)節(jié)能建筑的經(jīng)濟(jì)外部性分析[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì), 2009, (9): 127-131.

[5] 尹 波, 劉應(yīng)宗. 建筑節(jié)能領(lǐng)域市場失靈的外部經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué)版), 2005, 22(4): 65-68.

[6] 中國電力新網(wǎng). 我國燃煤電廠減排成效顯著火電供電煤耗下降[EB/OL]. [2014-03-07]. http://www.cpnn.com.cn/zdyw/201403/t20140307_660042.html.

[7] 中國電力新網(wǎng). 火電耗水量近年大幅“縮水”十二五末占全國用量15%[EB/OL]. [2013-05-30]. http://www.cpnn.com.cn/zdzgtt/201305/t20130530_579579.html.

[8] 扈 凡. 上汽集團(tuán)50兆瓦金太陽示范工程竣工[J]. 上海企業(yè), 2014, (1): 80.

[9] 楊金煥. 并網(wǎng)光伏電站發(fā)電量的估算[C]//魏啟東, 袁竹林. 第十一屆中國光伏大會暨展覽會會議論文集. 長沙: 東南大學(xué)出版社, 2010:1347-1351.

[10]謝傳勝, 董達(dá)鵬, 賈曉希, 等. 中國電力行業(yè)碳排放配額分配——基于排放績效[J]. 技術(shù)經(jīng)濟(jì), 2011, 30(11): 57-62.

[11]李明娜, 藺健寧, 管培云. 污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行前后大型電廠排放分析[J]. 環(huán)境與發(fā)展, 2015, 27(2): 67-69.

Externally Quantitative Analysis of BIPV

LIQian,TANGBei-lei,LIHe-long

(Management School, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China)

Since the existence of externalities, that leading to the development of BIPV is restricted, the government needs to develop appropriate economic incentives to promote its development. The paper discusses the concept of solar architecture and the existence of BIPV external problems. Based on the analysis of the external of BIPV using related economic theories, a quantitative model of BIPV was established and the application of the model was also studied. The research finds that it has a strong positive externality between BIPV, and it’s necessary to implement a series of economic incentive policies to internalize those externalities. what’s more, the paper will provide some necessary basis for further relevant economic incentive policies.

BIPV; externally theory; internalization of externality; economic incentive policies

2016-03-02

2016-05-12

李 芊(1967-)，女，陜西西安人，副教授，博士，研究方向為工程經(jīng)濟(jì)與管理(Email:582188211@qq.com)

唐蓓蕾(1991-)，女，陜西西安人，碩士研究生，研究方向為工程經(jīng)濟(jì)與管理(Email:381986576@qq.com)

陜西低碳建筑評價及發(fā)展路徑研究(12JZ014)

F407.9

A

2095-0985(2016)06-0074-04